Choisir les bons grades d'acier à outils pour une performance optimale

Les outils en acier permettent à l'humanité de façonner le bois, le plastique et le métal en milliards d'articles qui améliorent la qualité de vie. Avec l'acier à outils, deux mots sont primordiaux : tranchant et impact. Les alliages d'acier avec une teneur en carbone relativement élevée sont plus faciles à affûter pour obtenir un tranchant fin, et cette netteté peut supporter les rigueurs de la production. Inversement, l'acier à faible teneur en carbone est difficile à affûter finement mais résiste aux impacts répétés. Pour sélectionner le bon type d'acier à outils pour un projet, il est utile de comprendre les grades et leur place dans le processus de fabrication.

Types d'acier à outils

Comme tous les aciers, l'acier à outils contient du fer, du carbone, du manganèse, du phosphore et du soufre. À partir de ce point de départ, des métaux d'alliage et une gamme de procédés de fabrication se combinent pour produire des grades d'acier à outils en six catégories codées par lettres :

• Grade W : Trempe à l'eau
• Grade O : Trempe à l'huile
• Grade A : Trempe à l'air
• Grade D : Type D
• Grade S : Résistant aux chocs
• Grade H : Travail à chaud

Chaque grade par lettre contient à son tour plusieurs types d'alliages désignés par des chiffres, par exemple A2 et O1.

Grades d'acier à outils

Selon le budget et le cas d'utilisation d'un projet, l'un de ces nombreux types peut s'avérer le plus adapté.

Trempe à l'eau : Grade W

Le grade d'acier à outils le plus ancien et le moins cher tire son nom de l'étape de trempe à l'eau du processus de fabrication. La trempe est l'étape essentielle de refroidissement rapide qui unit les molécules d'alliage et de fer dans l'acier durci. Les types de grade W n'incluent aucun des éléments d'alliage présents dans les autres grades d'outils, et le processus de trempe à l'eau produit ainsi un acier avec un cœur tendre et une dureté élevée. Avec un revenu soigneux, l'acier de grade W offre la meilleure usinabilité de tous les aciers à outils. Grâce à leur haute teneur en carbone, certains types de grade W n'ont pas besoin de traitement thermique supplémentaire. Les types de grade W s'adoucissent au-dessus de 150°C (300°F) et sont mal adaptés aux utilisations à haute température.

Utilisations de l'acier à outils grade W :

• Coutellerie
• Tarauds de gaufrage
• Tamis de gravure
• Forets
• Coupeurs circulaires
• Lames de rasoir
• Outils de tour à bois

Trempe à l'huile : Grade O

Similaires aux grades W, les grades O sont un acier à haute teneur en carbone relativement peu coûteux. Les types de grade O contiennent généralement des traces de chrome et de manganèse pour faciliter le durcissement. Par rapport à la trempe à l'eau, la trempe à l'huile permet un refroidissement plus lent à l'étape de production. Ce refroidissement progressif produit un acier à outils beaucoup moins susceptible de se déformer lors de la phase de traitement thermique. L'alliage résultant est également moins fragile.

Le type O1, l'alliage de grade O le plus populaire, est un acier à outils polyvalent qui conserve un tranchant lorsqu'il est affûté. Dans un contexte de fabrication, cet alliage est populaire pour les gabarits, guides, poinçons et matrices de découpe. L'acier O1 est soudable, mais l'alliage nécessite un chauffage soigneux pour éviter les fissures.

Le type d'alliage O6 comprend du silicium et une teneur en chrome plus élevée. Cet alliage hautement usinable présente une performance exceptionnelle d'usure métal sur métal. Le type O6 retient également l'huile lorsqu'il est lubrifié, ce qui en fait un choix idéal pour le filetage. L'alliage O6 convient bien pour les cames, bagues, lames de cisaillement et plaques de granulateur.

Trempe à l'air : Grade A

Les aciers à outils trempés à l'air offrent un équilibre admirable entre prix, résistance, ténacité et usinabilité. Avec des diamètres jusqu'à 100 mm, une teneur en chrome de 5 % permet aux types d'acier à outils de grade A de durcir à l'air ou au gaz sous pression. Les types d'acier à outils trempés à l'air maintiennent une faible distorsion pendant la phase de traitement thermique de leur production. Cette technique résulte en un acier offrant une meilleure résistance à l'usure que les types de grade O à un coût inférieur au grade D à haute teneur en chrome.

L'A2 est l'acier à outils de grade A le plus utilisé, et ses applications typiques incluent les outils de coupe pour le travail du bois, les poinçons et marteaux de service moyen. Le type A2 sert également dans le moulage par injection de plastique pour les moules moins complexes. Le type A7 utilise le chrome et le vanadium pour produire une résistance à l'usure avec une amélioration de 50 % par rapport à son cousin A2. Capable de résister à l'usure du sable, du gravier et de la boue, le type A7 est bien adapté pour l'outillage de compactage de poudre, les outils d'extrusion de céramique et les doublures de moules à briques.

Autres utilisations pour les types de grade A :

• Couteaux de centre de tour
• Formes de pliage de matrices industrielles
• Jauges
• Couteaux industriels
• Matrices de découpe
• Mandrin

Types D : Grade D

Avec 1 % de carbone en plus et près du triple de la teneur en chrome de l'acier à outils de grade A, les types de grade D excellent dans les applications à haute température. Certains alliages de grade D incluent du molybdène, du cobalt ou du vanadium pour pousser les performances thermiques encore plus haut. Capables de maintenir leur dureté à des températures approchant 427°C (800°F), les aciers à outils de grade D sont idéalement adaptés pour la coulée sous pression, le pliage de matrices et les matrices de forge. Avec une résistance à la chaleur élevée, les types D résistent à l'usure par contact de glissement avec d'autres métaux. Cette résistance à l'abrasion permet à l'acier à outils de grade D de fonctionner comme des filières de tirage pour barres, tubes et fils. Les producteurs d'acier utilisent à la fois la trempe à l'air et à l'huile pour leurs produits de grade D.

Autres applications pour les types D :

• Matrices de forge
• Soupapes de moteur automobile
• Outils de stratification
• Outils de moletage
• Couteaux de transformation alimentaire

Résistant aux chocs : Grade S

Un acier à faible teneur en carbone conçu pour résister à des impacts constants et élevés, l'acier à outils de grade S est le matériau de choix pour les forets de marteau-piqueur et les poinçons lourds. Le silicium, le chrome et le tungstène donnent aux alliages de grade S leur résistance aux chocs, mais au prix d'une faible résistance à l'abrasion. Les producteurs d'acier utilisent la trempe à l'huile pour l'acier de grade S jusqu'à 60 mm de diamètre, et la trempe à l'eau pour les pièces plus grandes. Au-delà de la résistance aux chocs, les aciers à outils de grade S excellent également sur une large plage de température et offrent une usinabilité supérieure à la moyenne.

Le type d'acier S7 est un bon choix pour les outils de travail à froid, y compris les lames de cisaillement, les ciseaux et les poinçons. Le type S7 est également une option pour les applications d'outillage en dessous de 538°C (1 000°F). Avec la plus haute résistance aux chocs parmi les aciers de grade S, le type S5 est le choix premier pour les embrayages d'outils pneumatiques et les matrices d'estampage. Autres applications pour les types de grade S :

• Matrices de vaisselle
• Marteaux de pistolet à clous
• Couteaux de broyeur à bois
• Mâchoires de mandrin de perceuse électrique
• Matrices de forgeage
• Outils de carrière

Travail à chaud : Grade H

Les types de grade H sont des aciers à outils à faible teneur en carbone bien adaptés aux exigences de température extrême. Cette qualité découle de l'étape de production unique de l'acier. Le processus de travail à chaud chauffe l'acier au-dessus de la température de recristallisation du métal. Les changements moléculaires induits par ce chauffage produisent des aciers à outils avec une uniformité exceptionnelle. Bien que le processus de travail à chaud n'améliore pas la résistance à la traction innée du métal, l'uniformité réduit substantiellement le risque de fissures avec l'acier de grade H.

Parmi les aciers à outils, les types de grade H sont les champions de la rougeur à chaud, la qualité de conserver la dureté lorsqu'ils sont chauffés à une couleur rouge terne. Trois métaux d'alliage affinent les types de grade H pour différentes missions de fabrication :

• Chrome : Types H1 à H19 avec 5 % de chrome, produisant un alliage capable de résister à des cycles de chauffage et refroidissement rapides. Cette résistance à la fatigue thermique fait des alliages de grade H au chrome le métal de choix pour les matrices de forgeage à chaud. Dans le processus de coulée sous pression, ces alliages servent d'inserts, noyaux et cavités. Avec le moulage par injection de plastique, l'acier à outils de grade H allié au chrome excelle pour les moules de cavité.
• Tungstène : Types H20 à H39 utilisent une teneur en tungstène allant jusqu'à 18 %. Cet alliage peut résister à un contact prolongé avec des métaux chauds, permettant son utilisation dans les matrices d'extrusion pour le laiton, le nickel et l'acier. Les alliages de grade H au tungstène brillent pour la production de mandrins.
• Molybdène : Avec les types H40 à H59, une teneur en molybdène de 5 % fournit un alliage pour des conditions de température extrêmes. Avec une haute résistance à la corrosion et une excellente résistance à l'abrasion, les alliages au molybdène excellent dans les matrices de formage et les poinçons.

Conclusion

Choisir les bons grades d'acier à outils est vital pour le succès d'un projet. Le choix du fabricant d'outils est tout aussi important. Les capacités internes de Special Tool & Engineering nous ont permis de répondre aux besoins d'outillage des fabricants les plus exigeants au monde depuis plus de deux décennies.